高層建筑工程框支剪力墻結構設計

■梁 睿 ■廈門市集美建筑設計院，福建 廈門 361000

1 工程概況

廈門火車新站5 號地塊安置房，包括地下室、1 層裙樓和地上19 層住宅塔樓。由于住宅部分不希望有較大的柱截面，因而結構設計采用了底部大空間框支剪力墻，上部為剪力墻的結構體系來滿足建筑功能要求。

2 框支剪力墻結構概述

2.1 框支剪力墻的類型

(1)整截面墻。整截面墻是不開洞或開洞面積不大于15%的整截面剪力墻。其受力特點為整體懸臂墻，彎矩圖既不突變也無反彎點。其變形特點為彎曲型變形。

(2)整體小開口墻。整體小開口墻為開洞面積大于15%但仍較小的墻。其受力特點為彎矩圖在連系梁處發(fā)生突變，但在整個墻肢高度上沒有或僅在個別樓層中才出現反彎點。其變形特點為以彎曲型為主

(3)雙肢墻及多肢墻。雙肢墻及多肢墻為開洞較大、洞口成列布置的墻。其受力特點為與整體小開口墻相似。其變形特點為以彎曲型為主。

(4)壁式框支。壁式框支為開洞尺寸大、連梁線剛度大于或接近墻肢線剛度的墻。其受力特點為彎矩圖在樓層處有突變，在大多數樓層中都出現反彎點。其變形特點為以剪切型為主。

2.2 框支剪力墻變形受力特點

(1)對于純剪力墻結構，剛性結構，變形為彎曲變形為主，內力按等效剛度比例分配。對于純框支，柔性結構，變形以剪切變形為主，樓層剪力按柱的抗側剛度D 比例分配;對于框支—剪力墻結構，中等剛度，框支和剪力墻是通過平面內剛度無限大的樓板連接在一起，使它們的水平位移協(xié)調一致，不能各自變形，變形為反S 形或彎剪型。(2)框支剪力墻層間位移最大值發(fā)生在(0.4～0.8)H 范圍內。(3)在水平力作用下，框支剪力墻的框支上下各層剪力取用值比較接近。(4)框支剪力墻具有多道抗震防線，是一種抗震性能良好的結構體系。

3 高層建筑工程的框支剪力墻結構布置

3.1 高層建筑工程的框支剪力墻結構布置原則

框支一剪力墻結構中剪力墻的布置原則一般為“均勻、分散、對稱、周邊”。宜符合下列要求:一是剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位，剪力墻間距不宜過大;二是平面形狀凹凸較大時，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻;三是縱橫剪力墻宜組成L 形、T 形等型式;四是單片剪力墻底部承擔的水平剪力不宜超過結構底部總水平剪力的30%;五是剪力墻宜貫通建筑物的全高，宜避免剛度突變;剪力墻開洞時，洞口宜上下對齊;六是樓、電梯間等豎井宜盡量與靠近的抗側力結構結合布置;七是抗震設計時，剪力墻的布置宜使結構各主軸方向的側向剛度接近。

3.2 高層建筑工程的框支剪力墻結構布置要點

(1)剪力墻墻肢截面宜簡單、規(guī)則、剪力墻的豎向剛度應均勻，剪力墻的門窗洞口宜上下對齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁。(2)為了避免剪力墻脆性破壞，較長的剪力墻宜開設洞口，將其分成長度較均勻的若干墻段，墻段之間宜采用弱梁連接，每個獨立墻段的總高度與其截面高度之比不應小于2，墻肢截面高度不宜大于8m。(3)剪力墻宜自下到上連續(xù)布置，避免剛度突變。(4)應控制剪力墻平面外的彎矩，以保證剪力墻平面外的穩(wěn)定性。其中，需要注意如下幾點:一是沿梁軸方向設置與梁相連的剪力墻，抵抗該墻肢平面外彎矩;二是當不能設置與梁軸線方向相連的剪力墻時，宜在墻與梁相交處設置扶壁柱;三是當不能設置扶壁柱時，應在墻與梁相交處設置暗柱，并宜按計算確定配筋;四是必要時，剪力墻內可設置型鋼，需要說明的是不宜將樓面主梁支承在剪力墻之間的連梁上。

4 高層建筑工程的框支剪力墻結構設計要點

4.1 計算假定及荷載分配

(1)計算基本假定:①一片剪力墻可以抵抗在本身平面內的側向力，而在平面外的剛度很小，可以忽略;②樓板在其自身平面內剛度無限大，樓板平面外剛度很小，可以忽略。

(2)豎向荷載分配。剪力墻所承受的豎向荷載，一般是結構自重和樓面荷載，通過樓面?zhèn)鬟f到剪力墻。豎向荷載除了在連梁(門窗洞口上的梁)內產生彎矩以外，在墻肢內主要產生軸力。按每片墻的承荷面積計算它的荷載。

(3)水平荷載分配。總水平荷載按各片剪力墻剛度分配到每片墻，然后分片計算剪力墻的內力。

4.2 剪力墻正截面承載力計算

一級抗震等級的剪力墻，應控制塑性鉸出現部位，對一級抗震等級的剪力墻的設計彎矩包絡線作了近似的規(guī)定:一是底部加強部位及其上一層應按墻底截面組合彎矩計算值采用;二是其他部位可按墻肢組合彎矩計算值的1.2 倍采用。

4.3 剪力墻斜截面承載力計算

一、二、三級抗震等級剪力墻底部加強部位都可用調整系數增大其剪力設計值，四級抗震等級及無地震作用組合時可不調整。具體的計算公式如下:

V=ηVWVW

式中:V—考慮地震作用組合的剪力墻墻肢底部加強部位截面的剪力設計值;Vw—考慮地震作用組合的剪力墻墻肢加強部位截面的剪力計算值;ηvw—剪力增大系數，一級1.6，二級1.4，三級1.2。

4.4 連梁設計

(1)連梁的破壞形態(tài):①彎曲破壞。連梁跨高比較大時，連梁以受彎為主，梁端可能出現塑性鉸，最后彎曲破壞;②剪切破壞。連梁跨高比不大(lb/hb≤2)，除梁端容易出現斜裂縫，當抗剪能力不足或截面剪應力過大時，出現剪切破壞，也可能是彎曲屈服以后的剪切破壞。

(2)連梁受力和變形特點:①受力特點。剪力墻中的連梁通常跨度較小而梁高較大，連梁跨高比可能小于2.5，有時接近1。連梁在豎向荷載作用下產生的彎矩與剪力不大，在水平荷載下它與墻肢相互作用產生的約束彎矩與剪力較大，約束彎矩和剪力在梁兩端方向相反;②變形特點。反彎作用使梁產生很大剪切變形，對剪應力十分敏感，容易出現斜裂縫。反復荷載作用下易形成交叉裂縫，使混凝土酥裂，導致剪切破壞，延性較差。

(3)連梁內力設計值:①彎矩設計值。小震作用下的內力和位移計算時，通過折減連梁的剛度，使連梁的彎矩、剪力值減小。設防烈度為6、7 度時，折減系數不小于0.7;8、9 度時，折減系數不小于0.5。按連梁彈性剛度計算內力和位移，將彎矩組合值乘以折減系數。設防烈度為6、7 度時，折減系數不小于0.8;8、9 度時，折減系數不小于0.5。用這種方法時應適當增加其它連梁的彎矩設計值，以補償靜力平衡;②剪力設計值。非抗震設計及四級剪力墻的連梁，取最不利組合的剪力計算值作為其剪力設計值。一、二、三級剪力墻的連梁，按強剪弱彎要求調整連梁梁端截面組合的剪力計算值，調整后的剪力作為設計值。

5 結語

當前高層建筑工程施工中的框支剪力墻結構底部有較大空間，便于建筑功能的利用，但是在結構受力方面還存在諸多缺點，需要采取相應的措施予以解決，這樣才能更好的發(fā)揮框支剪力墻結構的建筑設計功效。

［1］劉麗秀.高層建筑框支剪力墻結構設計分析［J］.建筑結構，2010(15).

［2］杜勇.南京市某高層商住樓框支剪力墻結構設計［J］.建筑科學，2011(08).